大學物理課件9-1

非恒定電流的例子：用導線連接的兩個帶電導體隨著自由電荷的不斷遷移，兩導體上電荷量逐漸減少，導體間電勢差減小，電流是暫時電流，導線中的電流逐漸減小直到停止，無法維持恒定電流?！?-1恒定電流恒定電場電動勢

A帶正電荷，B帶等量負電荷。由于電勢差存在，導線內出現沿導線從A指向B的電場，自由電荷發(fā)生遷移。在導體內形成恒定電流必須在導體內建立一個恒定電場，保持兩點間電勢差不變。僅有靜電力的作用是不能形成穩(wěn)恒電流的。產生穩(wěn)恒電流的條件：把從B

經導線到達A的電子重新送回B，就可以維持A、B

間電勢差不變。電源不斷消耗其它形式的能量克服靜電力做功。電源實質上是把其他形式的能量轉化為電勢能的一種能源。電源：提供非靜電力的裝置。

為了要形成穩(wěn)恒電流，必須有一種本質上完全不同于靜電性的力——非靜電力。非靜電力驅使正電荷逆著靜電場的方向從低電勢向高電勢運動。qFSq靜電力ES++++外電路：靜電力對正電荷作功使它從高電勢的正極移向低電勢的負極。內電路：非靜電力（外來力）對正電荷作功，使它從電源的負極移向正極。

內電路：電源內部正負兩極之間的電路。

外電路：電源外部正負兩極之間的電路。內外電路形成閉合電路時，正電荷由正極流出，經外電路流入負極，又從負極經內電路流到正極，形成恒定電流，保持了電流線的閉合性。三電源電動勢電源的電動勢等于把單位正電荷從負極經內電路移動到正極時所做的功，單位為伏特。

電動勢與電勢一樣是標量，電源的電動勢的方向規(guī)定：自負極經內電路指向正極。沿電動勢的方向，電源將提高正電荷的電勢能。電源迫使正電荷dq從負極經電源內部移動到正極所做的功為dA，電源的電動勢為

非靜電力僅存在于電源內部，可以用非靜電場強表示。由電源電動勢定義得電源外部無非靜電力，恒定電場也服從場強環(huán)流定律注意區(qū)分：太陽能電池美軍薄膜太陽能電池帳篷鋰電池電源了解你所不知道的手機電池重點掌握

電源的電動勢大?。悍较颍鹤载摌O經內電路指向正極電動勢等于把單位正電荷繞閉合回路運動一周，非靜電力所做的功，單位為伏特。能不斷分離正負電荷使正電荷逆靜電場力方向運動。非靜電電場強度非靜電力+++---+§9-1電磁感應定律

Inacommercialelectricpowerplant,largegeneratorsproduceenergythatistransferredoutoftheplantbyelectricaltransmission.Thesegeneratorsusemagneticinductiontogenerateapotentialdifferencewhencoilsofwireinthegeneratorarerotatedinamagneticfield.Thesourceofenergytorotatethecoilsmightbefallingwater,burningfossilfuels,oranuclearreaction.

法拉第簡介（MichaelFaraday,1791-1867)法拉第于1791年出生在英國倫敦附近的一個小村里，父親是鐵匠，自幼家境貧寒，無錢上學讀書。13歲時到一家書店里當報童，次年轉為裝訂學徒工。在學徒工期間，法拉第除工作外，利用書店的條件，在業(yè)余時間貪婪地閱讀了許多科學著作，例如《化學對話》、《大英百科全書》的《電學》條目等，這些著作開拓了他的視野，激發(fā)了他對科學的濃厚興趣。1.生平1812年，學徒期滿，法拉第打算專門從事科學研究。次年，經著名化學家戴維推薦，法拉第到皇家研究院實驗室當助理研究員。這年底，作為助手和仆人，他隨戴維到歐洲大陸考察漫游，結識了不少知名科學家，如安培、伏打等，這進一步擴大了他的眼界。1815年春回到倫敦后，在戴維的支持和指導下作了許多化學方面的研究工作。1821年開始擔任實驗室主任，一直到1865年。1824年，被推選為皇家學會會員。次年法拉第正式成為皇家學院教授。1851年，曾被一致推選為英國皇家學會會長，但被他堅決推辭掉了。1867年8月25日，他坐在書房的椅子上安祥地離開了人世。遵照他的遺言，在他的墓碑上只刻了名字和生死年月。法拉第簡介2.主要工作

他創(chuàng)造性地提出場的思想，磁場這一名稱是法拉第最早引入的。他是電磁理論的創(chuàng)始人之一，1821年法拉第讀到了奧斯特的描述他發(fā)現電流磁效應的論文《關于磁針上的電碰撞的實驗》。該文給了他很大的啟發(fā)，使他開始研究電磁現象。經過十年的實驗研究（中間曾因研究合金和光學玻璃等而中斷過），在1831年，他終于發(fā)現了電磁感應現象。

1833年，法拉第發(fā)現了電解定律，1837年發(fā)現了電解質對電容的影響，引入了電容率概念。1845年發(fā)現了磁光效應（光的偏振面在磁場中的旋轉），后又發(fā)現物質可分為順磁質和抗磁質等。ThecrudeinductorswithwhichMichaelFaradaydiscoveredthelawofinduction.Inthosedaysamenitiessuchasinsulatedwirewerenotcommerciallyavailable.ItissaidthatFaradayinsulatedhiswiresbywrap-pingthemwithstripscutfromoneofhiswife’spetticoats.010203040G磁鐵與線圈相對運動時的電磁感應現象§9-1電磁感應定律一.電磁感應現象010203040G磁鐵與線圈相對運動時的電磁感應現象010203040G磁鐵與線圈相對運動時的電磁感應現象010203040G磁鐵與線圈相對運動時的電磁感應現象010203040G磁鐵與線圈相對運動時的電磁感應現象金屬棒在磁場中作切割磁力線運動時的電磁感應現象010203040GSN010203040GSN金屬棒在磁場中作切割磁力線運動時的電磁感應現象010203040GSN金屬棒在磁場中作切割磁力線運動時的電磁感應現象010203040GSN金屬棒在磁場中作切割磁力線運動時的電磁感應現象回路2電池BATTERY010203040G當回路1中的電流變化時，在回路2中出現感應電流?；芈?電池BATTERY010203040G回路1回路2當回路1中的電流變化時，在回路2中出現感應電流?；芈?電池BATTERY010203040G回路1當回路1中的電流變化時，在回路2中出現感應電流。電池BATTERY010203040G回路1回路2當回路1中的電流變化時，在回路2中出現感應電流。當穿過一個閉合導體回路所包圍的面積內的磁通量發(fā)生變化時（不論這種變化是由什么原因引起的），在導體回路中就有電流產生。這種現象稱為電磁感應現象。相應的電動勢則稱為感應電動勢?；芈分兴a生的電流稱為感應電流。總結三個實驗發(fā)現，它們通過不同的方法均改變了回路中的磁通量，從而導致了感應電流的產生。思考：產生感應電流的條件是什么？

電吉他比原聲吉他增加了許多控制聲音的方法。Inanelectricguitar,avibratingmagnetizedstringinducesanemfinapickupcoil.SomeApplicationsofFaraday’sLaw討論一只FenderStratocaster型電吉他，具有三組（每組6個）電拾音器(在其寬體內)。通過撥動開關，演奏者就能挑選哪一組拾音器向放大器和接著的揚聲系統發(fā)送信號。當使金屬弦(它像一個磁體)振動時，它在線圈中引起磁通量的變化而感應出電流。二．楞次定律判斷感應電流方向的楞次定律:閉合回路中產生的感應電流具有確定的方向，它總是使感應電流所產生的通過回路面積的磁通量，去補償或者反抗引起感應電流的磁通量的變化。楞次

注意:（1）感應電流所產生的磁通量要阻礙的是磁通量的變化，而不是磁通量本身。（2）阻礙并不意味抵消。如果磁通量的變化完全被抵消了，則感應電流也就不存在了。（3）感應電流的效果（感應電流所激發(fā)的磁場、引起的機械作用）總是反抗引起感應電流的原因（相對運動、磁場變化或線圈變形等）。1判明穿過閉合回路內原磁場的方向；2根據原磁通量的變化，按照楞次定律的要求確定感應電流的磁場的方向3按右手法則由感應電流磁場的方向來確定感應電流的方向。判斷感應電流的方向：楞次定律的應用：磁懸浮列車制動。

當列車需要停下來而減速時，鋼軌內側的線圈由原先的電動機作用（輸出動力）變成發(fā)電機作用（產生電流），即列車上的磁鐵極性以一定的速度交替的通過這些線圈時，在線圈內產生感應電流，由楞次定律，這些感應電流的磁通量反抗通過其中的磁通量的變化，產生完全相反的電磁阻力。斥力吸引力鋼軌內側的電磁線圈思考：三．法拉第電磁感應定律法拉第電磁感應定律

通過回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中產生的感應電動勢

與磁通量對時間的變化率成正比.—號反映了感應電動勢的方向，是楞次定律的數學表達。N如果不用楞次定律判斷感應電動勢的方向，可采用如下方法：第一：規(guī)定回路的正方向與回路成右螺旋使與回路取向相反NnΦL繞行方向故與L方向相反。Φ＞01.分四種情況討論：nΦL繞行方向故與L方向相同。Φ＞02.由定律得：由定律得：3.（同學自證）

式中磁通鏈數（簡稱磁鏈）或全磁通，表示通過N匝線圈的總磁總量。4.（同學自證）若有N匝導線

習題9-1如圖所示，通過回路的磁通量與線圈平面垂直，且指向畫面，設磁通量依如下關系變化

Φ

=6t2+7t+1式中的單位為mWb,t的單位為s,求t=2秒時，在回路中的感生電動勢的量值和方向。BR××××××××××××××××××××××××××××××已知：Φ

=6t2+7t+1(Wb)求：e(t=2s)解：=-3.1×10-2(V)=-(12t+7)×10-3dΦ=dte=-(12×2+7)×10-3e方向：逆時針

用楞次定律判斷:

通過回路的原磁通隨時間而增加，感生電動勢的方向應使感生電流的磁通阻礙原磁通的增加，即取逆時針方向。取回路繞行方向為順時針BR××××××××××××××××××××××××××××××

有甲乙兩個帶鐵芯的線圈如圖所示，欲使乙線圈中產生圖示方向的感應電流i，可采用下列哪一種方法？[]

A接通甲線圈電源。B接通甲線圈電源后，減少變阻器的阻值。C接通甲線圈電源后，甲乙相互靠近。D接通甲線圈電源后，抽出甲中鐵芯。甲乙若使甲乙線圈的磁場方向一致，甲中磁通量應減少。φRIφφDφ如圖所示，閉合電路由帶鐵芯的螺線管，電源，滑線變阻器組成，問下列哪一種情況下可使線圈中產生的感應電動勢與原電流I的方向相反？[]

A滑線變阻器的觸點A向左滑動。B滑線變阻器的觸點A向右滑動。C螺線管上接點B向左移動。（忽略螺線管的電阻）D把鐵芯從螺線管中抽出。若使感應電動勢方向與I相反，電動勢激發(fā)的磁場方向與原磁場方向相反，線圈中磁通量應增加。RIφAφRIφI不變,B不變,NψIAB如圖所示，矩形區(qū)域為均勻穩(wěn)恒磁場，半圓形閉合導線回路在紙面內繞軸O作逆時針方向勻角速轉動，O點是圓心且恰好落在磁場的邊緣上，半圓形閉合導線完全在磁場外時開始計時．圖(A)—(D)的ε--t函數圖象中哪一條屬于半圓形導線回路中產生的感應電動勢？

ε

t

O

(A)

ε

t

O

(C)

ε

t

O

(B)

ε

t

O

(D)

C

D

O

w

Bv

例一長直導線通有交變電流為,試求任一瞬時線圈中的感應電動勢.解取順時針為線圈的繞行方向，感應電動勢隨時間按余弦規(guī)律變化，其方向也隨余弦值的正負作順、逆時針轉向的變化。在這段時間內通過回路導體任一截面的總電量q，這個電量稱為感應電量。即:

設閉合導體回路中的總電阻為R，由全電路歐姆定律得回路中的感應電流為:q只和ΔΦ有關，和電流變化無關，即和磁通量變化快慢無關。ωBq=iIdtt1t2（）=R1Φ1Φ2電磁感應定律積分形式：

以固定邊的位置為坐標原點，向右為X

軸正方向。設t時刻ab邊的坐標為x，取逆時針方向為badob回路的繞行正方向，則該時刻穿過回路的磁通量為:

例：矩形框導體的一邊ab可以平行滑動，長為l

。整個矩形回路放在磁感強度為B、方向與其平面垂直的均勻磁場中，如圖所示。若導線ab以恒定的速率

v

向右運動，求閉合回路的感應電動勢。解:

當導線勻速向右移動時，穿過回路的磁通量將發(fā)生變化，回路的感應電動勢為:

正號表示感應電動勢的方向與回路的正方向一致，即沿回路的逆時針方向。

也可不選定回路繞行方向，而是根據楞次定律判斷感應電動勢的方向，再由算出感應電動勢的大小。重點掌握楞次定律會用法拉第電磁感應定律計算感應電動勢和感應電流判斷感應電流方向閉合回路中感應電流的方向，總是使得它激發(fā)的磁場來阻止引起感應電流的磁通量的變化（增加或減少）。法拉第電